第二章电光源与灯具 1 2 1电光源的分类及主要技术指标 一 电光源的分类电光源按工作原理分为三类 热辐射光源利用电流的热效应 把具有耐高温低挥发性的灯丝加热到白炽程度而产生可见光 典型产品有 白炽灯卤钨灯气体放电光源利用电流通过灯管中气体时 激发气体电离和放电而产生可见光 典型产品有 荧光灯高强气体放电灯 HID灯 高压汞灯高压钠灯金属卤化物灯 2 固体发光光源通过电流或电压作用 使原子在不同能级间运动时辐射与吸收发射出光子 典型产品有 LCLELED 3 二 电光源的主要技术指标 光通量额定光通量指光源燃点100h时所发出的光通发光效率 光效 指电能转换成光能的效率单位 Lm w显色性及色表用Ra及色温表示 4 寿命全寿命从点燃到损坏累计使用时间有效寿命 0 70 0使用的时间平均寿命批量灯具有效寿命的平均值启燃及再启燃时间电源特性电压对光通的影响U 温度特性 5 常用光源的光效 6 色表与色温的相应关系 7 常用电光源的显色指数 8 2 2常用的电光源 白炽灯卤钨灯荧光灯高压汞灯 金属卤化物灯高压钠灯氙灯场致发光器件 发光二极管 9 1 白炽灯 图4 1普通白炽灯结构图 10 结构简单 成本低 有高度集光性 便于光的再分配 可频繁操作 对寿命无影响 使用方便 显色性好 99 100 无闪烁寿命短 1000h 光效低 10 20lm w 受电压影响大 白炽灯特点 11 2 卤钨灯 图2 2卤钨灯外形a 两端引出b 单端引出 12 卤钨灯特点 寿命提高 1500 2000h 光效提高 20 30lm w 体积小显色性好色温较高不适于易燃易爆及多尘的场所水平安装耐震差 13 3 荧光灯 图2 3荧光灯管的结构 14 荧光灯特点 寿命长 3000h 光效高 25 85lm w 光谱成分好表面亮度低不能频繁开闭 2h 次 点燃迟有闪烁和频闪效应电压影响寿命 10 受温湿度影响大 75 80 18 250C 15 荧光灯接线 图2 4荧光灯电路 带镇流器 1 灯管 2 启辉器 3 镇流器 4 开关 16 图2 5双管荧光灯电路1 相线 2 零线 3 开关4 镇流器 5 灯管 6 启辉器 17 T8荧光灯T5荧光灯环形荧光灯 LED荧光灯 18 4 高压汞灯 高压汞灯的结构与原理 工作原理 当电源接通时 首先在相距较近的主电极E1和辅助电极E3之间发生辉光放电 产生大量的电子 激发汞原子电离 然后引起两个主电极E1和E2间的弧光放电 灯管启燃 同时汞原子电离通过外壳壁上的荧光粉将紫外线转化成可见光 19 光源特性 光效高 40 60lm w 寿命长 2500 5000h 国外 24000h 耐震 耐热起动稳定时间4 8min再起动稳定时间5 10min寿命与起动次数关系 5h 次电压影响大 5 色温5500K Ra 30 40点燃位置无特殊要求不适于频繁开关或比较重要的场所 以及电压波动的线路 适于街道 广场大面积照明 室内使用最好与白炽灯混合使用 20 5 金属卤化物灯 与汞灯相比 光效更高 70 100lm w 显色性良好 Ra 60 90 光色好受环境影响较小 耐震好起动稳定时间4 10min再起动稳定时间10 15min电压波动影响大点燃位置要求高 21 例 1 钠铊铟灯NTY 色温5500K光效80lm w寿命1000 2000hRa60 70广泛用于室内照明 2 镝灯DDG 色温6000K光效80lm w寿命500hRa 85适于舞台 体育馆 大厅摄影棚等照明 3 钪钠灯KNG 色温3800KRa 65 70 22 6 高压钠灯 图2 7高压钠灯结构 1 金属排气管2 铌帽3 电极4 放电管5 玻璃外壳6 管脚7 双金属片8 金属支架9 钡消气剂10 焊锡 23 高压钠灯特点 光效最高 150lm w 寿命长 5000h 国外12000 20000h 受环境条件影响小透雾性好 色温2300K显色性差 Ra 20 25 起动稳定时间4 8min再起动稳定时间10 20min电压波动影响大 HID中最大 5 24 例 新产品NGX改进显色型Ra 65NGG高显色型Ra 80适于道路 机场 车站 码头等照明 室内多以混光形式出现 常与汞灯混光 与镝灯混光 可获得高光效 照度与光色改善的好处 25 7 低压钠灯 图2 8低压钠灯结构1 固定弹簧2 玻璃壳3 放电管4 电极5 灯头 26 低压钠灯特点 光效最高 150lm w 寿命长 2000 6000h 视觉敏感高 透雾性好起动稳定时间10min再起动稳定时间1min水平点燃光色 显色性差受环境影响小用于隧道 道路 厂区等多雾地区照明 27 8 现代建筑照明技术新光源 1 无极荧光灯组成 放电管 功率耦合器 灯头 高频发生器性能 寿命长 6000h 光效高 70lm w Ra 80 无频闪 能瞬时启动 2 微波硫灯工作原理 用微波激发放电管 石英玻璃内的发光物质产生连续可见光性能 光效高 Ra 90 寿命长 2000h 没有灯丝和电极 红外线和紫外线辐射小 污染小 28 3 LED灯 二极管灯 LED的定义 LED是LightEmittingDiode 发光二极管 的缩写 广泛见于日常生活中 如家用电器的指示灯 汽车后防雾灯等 目前在家庭装饰中也有应用 LED的最显著特点是使用寿命长 光电转换效能高 工作原理 PN结加正向电压时 电子和空穴在PN结处复合而发光优点 1 方向性好2 工作驱动电压低 10V 电流小交直流通用3 亮度可达100cd m2 可以显示各种颜色 寿命达十年以上缺点 1 受温度和环境影响2 光效低25 30lm w3 用LED拼接图案 文字时 部分的损坏会影响整体的显示效果 29 LED路灯 30 LED光源的特点 电压 LED使用低压电源 供电电压在6 24V之间 根据产品不同而异 所以它是一个比使用高压电源更安全的电源 特别适用于公共场所 效能 消耗能量较同光效的白炽灯减少80 适用性 很小 每个单元LED小片是3 5mm的正方形 所以可以制备成各种形状的器件 并且适合于易变的环境稳定性 10万小时 光衰为初始的50 响应时间 其白炽灯的响应时间为毫秒级 LED灯的响应时间为纳秒级对环境污染 无有害金属汞颜色 改变电流可以变色 发光二极管方便地通过化学修饰方法 调整材料的能带结构和带隙 实现红黄绿兰橙多色发光 如小电流时为红色的LED 随着电流的增加 可以依次变为橙色 黄色 最后为绿色价格 LED的价格比较昂贵 较之于白炽灯 几只LED的价格就可以与一只白炽灯的价格相当 而通常每组信号灯需由上300 500只二极管构成 31 4 太阳能灯工作原理 利用光敏电池 将太阳能转成电能储存在镍氢电池中 特点 电压低 功率小5 电致发光器件 LE 工作原理 在电致发光材料或电致变色材料薄膜的两面分别采用干法或湿法制作两个导电层 其中一个导电层为透明导电层 通过两个导电层向显示材料施加电压或电流 则在透明导电层的一侧有可见光发出或有反射光的颜色亮度发生改变 由此实现信息的显示 特点 电压低 体积小 薄 轻 光效高 色彩清晰 易于安装 能够在不同材质的基板上制造 做成柔软显示器 32 照明电光源性能比较与选择 性能比较显色性好 白炽灯 卤钨灯 荧光灯 金属卤化物灯光效高 高压钠灯 金属卤化物灯 荧光灯寿命长 高压钠灯 高压汞灯能瞬时起动 再起动 白炽灯 卤钨灯受电压影响大 高压钠灯小 荧光灯 33 34 电光源的选择 按照明要求选光源按环境要求选择按使用的经济性要求选择 35 室内照明光源的确定 应根据使用场所的不同 合理地选择光源的光效 显色性 寿命 起动点燃和再启燃时间等光电特性指标 以及环境条件对光源光电参数的影响 室内照明应优先采用高光效光源和高效灯具 在有连续调光 防止电磁波干扰 频繁开闭或室内装修设计需要的场所 可选用白炽灯或卤钨灯光源 36 建筑照明设计标准GB50034 20043 2 3条 照明设计时可按下列条件选择光源 高度较低房间 如办公室 教室 会议室及仪表 电子等生产车间宜采用细管径直管形荧光灯商店营业厅宜采用细管径直管形荧光灯 紧凑型荧光灯或小功率的金属卤化物灯高度较高的工业厂房 应按照生产使用要求 采用金属卤化物灯或高压钠灯 亦可采用大功率细管径荧光灯一般照明场所不宜采用荧光高压汞灯 不应采用自镇流荧光高压汞灯一般情况下 室内外照明不应采用普通照明白炽灯 在特殊情况下需采用时 其额定功率不应超过100W 37 3 2 4条下列工作场所可采用白炽灯要求瞬时启动和连续调光的场所 使用其他光源技术经济不合理时对防止电磁干扰要求严格的场所开关灯频繁的场所照度要求不高 且照明时间较短的场所对装饰有特殊要求的场所3 2 5条应急照明应选用能快速点燃的光源3 2 6条应根据识别颜色要求和场所特点 选用相应显色指数的光源 38 2 3照明器 一 组成 光源 灯具二 灯具的作用 对光源发出的光通量进行再次分配防眩光 减少和防止光源的污染对光源的机械保护装饰 美化环境 39 三 照明器的特性 照明器的光学特性有 配光曲线保护角效率 40 1 照明器的配光曲线 照明器在空间各个方向上的光强分布称配光 如果用曲线方式表示的配光称配光曲线 基本概念配光配光特性光中心光轴垂直角 水平角 灯具配光示意图 41 光强的空间分布与配光曲线 42 乳白玻璃半圆球罩灯的配光 43 带格栅多管荧光灯的配光 44 2 保护角指控照器开口边缘与发光体最远边缘的连线与水平之间的夹角 即 控照器遮挡光源的角度 45 3 灯具的效率 灯具的效率指照明器所发出的光通量与光源所发出的光通量的比值 灯具的效率与灯罩材料 形状 及光学中心位置有关 如 白炽灯深照型照明器效率为0 6左右 白炽灯配照型照明器效率为0 7左右 简装荧光灯照明器的效率为0 97左右 格栅荧光灯照明器的效率为0 46左右 46 四 照明器的分类 1 按配光曲线分类 1 按配光曲线的形状分类 2 按光通量在空间上 下半球的分配比例分类2 按结构特点分类3 按安装方式分类4 按防触电防护等级分类 47 照明器按配光曲线的形状分类1 正弦分布型2 广照型3 均匀配照型4 配照型5 深照型6 特深照型 48 照明器按光通量在空间上 下半球的分配比例分类 49 照明器按结构特点分类示意图 a 开启型 b 闭合型 c 密闭型 d 防爆型 e 隔爆型 f 安全型 50 按安装方式分类 a 悬吊式 吊线 吊链 吊杆 b 吸顶式 c 壁式 d 嵌入式 e 半嵌入式 f 落地式 g 台式 h 庭院式 i 道路 广场式 51 按防触电防护等级分类 52 灯具的选择 按使用环境选择按配光特性选择按防触电保护要求选择按经济效果选择灯具形状应与建筑物风格相协调 53 按使用环境选择 正常环境开启式潮湿环境防水式特别潮湿环境防水防尘式腐蚀性气体密闭防爆振动场所防振特殊场所专用灯具 54 按配光特性选择 合理的光特性光强分布照明器表面亮度保护角 55 按经济效果选择 光通输出比高利用系数高寿命长光通衰减少安装维护方便 经济性考核的两个指标 初投资运行费用 56 灯具的选择 在选择灯具时 应根据环境条件和使用特点 合理地选定灯具的光强分布 效率 遮光角 类型 造型尺度以及灯的表观颜色等 室内灯具效率不低于70 室外灯具不应低于40 其中投光灯不宜低于55 灯具的遮光格栅的反射表面应选用难燃材料 其反射系数不应低于70 遮光角宜为25 45度 57 推广高效节能灯具 1 选用高效率灯具在满足眩光限制和配光要求的条件下 荧灯具效率不应低于 开敞式的为75 带透明罩的为65 带磨砂或棱镜保护罩的为55 和格栅的为60 高强度气体放电灯灯具效率不应低于 开敞式的为75 格栅或透光罩的为60 2 选用控光合理灯具根据使用场所条件 采用控光合理的灯具 如 蝙蝠翼式配光灯具 块板式高效灯具等 块板式灯具可提高灯具效率5 20 3 选用光通量维持率好的灯具如选用涂二氧化硅保护膜 反射器采用真空镀铝工艺和蒸镀银光学多层膜反射材料以及采用炭过滤器等 以提高灯